[发明专利]一种水声传感器网络中基于分簇结构的位置隐私保护方法

说明书

本发明公开了一种水声传感器网络中基于分簇结构的位置隐私保护方法，首先进行网络划分，将水声传感器网络划分成静态层和动态层，每层都有一个AUV进行数据的传输。然后节点成簇，确定簇头的数目和位置后，其他节点根据就近原则加入相应的簇，然后根据节点的剩余能量和到基站的位置选出辅助簇头。最后进行数据传输，一部分辅助簇头进行真实数据包的传输，另一部分辅助簇头生成虚假数据包并进行虚假数据包的传输，然后通过多跳传输和AUV将数据包传输到基站，节点之间的传输通过邻居列表选出下一跳，AUV的路径规划基于Q‑learning来实现。

技术领域

本发明属于水声传感器网络中隐私安全领域，具体涉及一种水声传感器网络中基于分簇结构的位置隐私保护方法。

背景技术

过去几十年，人类对能源的需求随着人口数量的增加而快速增加，而海洋覆盖了地球表面的71％，被认为是目前人类生存资源的主要来源。UASNs包括被部署在感测区域的水下节点和用于收集数据包的水下自主航行器。UASNs应用广泛，可以应用于海洋资源勘探、污染检测、地震监测以及军事监测等方面，近年来受到广泛的关注。但由于UASNs一般部署在不可访问、无人看管甚而对立的境况中，这使得布放的水下节点比较容易受到损坏和攻击，面临着严峻的安全问题。因此，一个相对安全隐秘的环境对UASNs的正常运行来说非常必要，本文的内容也具有一定的研究意义。

隐私威胁通常可以分为：内容隐私和上下文隐私。内容隐私威胁是指攻击者通过监听网络中发送的数据包的内容，来获取数据内容以及源节点的标识和位置。为了应对这种隐私威胁，通常对数据包进行加密并使用化名代替真实身份，上下文隐私威胁是指攻击者会窃听网络传输，并使用流量分析技术来推断敏感信息，即何时在何处收集数据。

水声传感器网络一般情况下包含水下传感器节点、汇聚节点、海面基站和数据中心等。水下传感器节点被投放在需要被检测的水下区域中，为了更加全面地获取海内的一些参数，这些水下传感器节点通常部署在相对海面距离不同的海内，由于节点的体积、质量都比较小，当海水流动时，这些节点就会随着海水的流动发生位置的改变。当水声传感器网络运行时，传感器节点首先对感测区域进行感测，并将感测到的数据以多跳传输或者AUV运输的方式传输到汇聚节点，汇聚节点进行数据的融合之后，再以同样的方式将数据包传输到海面基站，海面基站以无线通信的方式传输到数据中心进行数据的处理。在这个过程中，攻击者如果根据追踪数据或者其他方式获取传输数据节点的位置，从而获得重要水下节点或重要设备的位置，将给水声传感器网络带来巨大的威胁。水声传感器网络中位置隐私保护可以针对重要节点，也可以针对海面基站等，本文主要研究的是针对于源节点的位置隐私保护。

目前针对无线传感器网络的源节点位置隐私保护已经有了很多方法，例如幻象路由、伪数据包注入、随机路由等等。基于对WSNs的源节点隐私保护，本文将其应用于UASNs中，用于保护UASNs中的源节点位置隐私。但UASNs的一些独有的特点，例如三维环境、高传播延迟、有限的带宽、路径损耗、移动性等，应用过程将相对来说更加棘手，主要在这三个点表现出来：

1)水下传感器节点的能量、计算能力和存储空间有限；

2)UASNs采用声通信，传输速率有限；

3)水下环境的复杂性。

本文的研究目的是保护UASNs赖以生存的各种复杂的设备，这些设备一旦被捕获，整个水声传感器网络都将处于危险境地，因此对水下各种复杂设备的保护至关重要。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种水声传感器网络中基于分簇结构的位置隐私保护方法，利用海洋特性对水声传感器网络进行划分，通过节点分簇，辅助簇头的调用，数据包的多跳传输和AUV的运行增加攻击者捕获源节点的难度，从而提高网络的安全时间，起到位置隐私保护的作用。

一种水声传感器网络中基于分簇结构的位置隐私保护方法，包括以下步骤：